РефератыКоммуникации и связьАрАрхитектура операционных систем

Архитектура операционных систем

Лекция 2


Требования к современным ОС


- Главные требования:


- выполнение основных функций эффективного управления ресурсами


- обеспечение удобного интерфейса для пользователя и прикладных программ


Требования к современным ОС


- Расширяемость


- Переносимость или многоплатформенность


- Совместимость


- Надежность и отказоустойчивость


- Безопасность


- Производительность


1. Расширяемость ОС


- ОС всегда изменяются со временем эволюционно, и эти изменения более значимы, чем изменения аппаратных средств


- Если код ОС написан таким образом, что дополнения и изменения могут вноситься без нарушения целостности системы, то такую ОС называют расширяемой


- Расширяемость достигается за счет модульной структуры ОС (программы строятся из набора отдельных модулей, взаимодействующих только через функциональный интерфейс)


2. Переносимость или многоплатформенность


- В идеале код ОС должен легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы одного типа на аппаратную платформу другого типа


- Переносимые ОС имеют несколько вариантов реализации для разных платформ


3. Совместимость


- Для пользователя, переходящего с одной ОС на другую, очень привлекательна возможность запуска в новой ОС привычного приложения.


- Если ОС имеет средства для выполнения прикладных программ, написанных для других ОС, то про нее говорят, что она обладает совместимостью с этими ОС


- Понятие совместимости включает также поддержку пользовательских интерфейсов других ОС


4. Надежность и отказоустойчивость


- ОС должна быть защищена как от внутренних, так и от внешних ошибок, сбоев и отказов.


- Действия ОС должны быть всегда предсказуемыми, а приложения не должны иметь возможности наносить вред ОС.


- Надежность и отказоустойчивость ОС прежде всего определяются архитектурными решениями, положенными в ее основу, а также качеством ее реализации


- Важно, включает ли ОС программную поддержку аппаратных средств обеспечения отказоустойчивости, таких, например, как дисковые массивы или источники бесперебойного питания.


5. Безопасность


- Современная ОС должна защищать данные и другие ресурсы вычислительной системы от несанкционированного доступа.


- средства аутентификации — определения легальности пользователей


- авторизации — предоставления легальным пользователям дифференцированных прав доступа к ресурсам


- аудита — фиксации всех «подозрительных» для безопасности системы событий


- В сетевых ОС к задаче контроля доступа добавляется задача защиты данных, передаваемых по сети.


6. Производительность


- ОС должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа


- На производительность ОС влияют:


- архитектура ОС


- многообразие функций


- качество программирования кода


- возможность исполнения ОС на высокопроизводительной (многопроцессорной) платформе


Основные принципы построения операционных систем


- Модульности


- Функциональной избирательности


- Генерируемости


- Функциональной избыточности


- Виртуализации


- Независимости программ от внешних устройств


- Совместимости


- Открытой и наращиваемой ОС


- Мобильности (переносимости)


- Обеспечения безопасности вычислений


Принцип модульности ОС


- Под модулем в общем случае понимают функционально законченный элемент системы, выполненный в соответствии с принятыми межмодульными интерфейсами.


- Модуль предполагает возможность без труда заменить его на другой при наличии заданных интерфейсов


- Наибольший эффект от его использования достижим, когда принцип распространен одновременно на операционную систему, прикладные программы и аппаратуру


Принцип функциональной избирательности


- В ОС выделяется некоторая часть важных модулей, которые должны постоянно находиться в оперативной памяти для более эффективной организации вычислительного процесса (ядро)


- При формировании состава ядра требуется учитывать два противоречивых требования.


- 1) В состав ядра должны войти наиболее часто используемые системные модули.


- 2) Количество модулей должно быть таковым, чтобы объем памяти, занимаемый ядром, был бы не слишком большим.


- Транзитные программные модули загружаются в оперативную память только при необходимости
и в случае отсутствия свободного пространства могут быть замещены другими транзитными модулями.


Принцип генерируемости ОС


- Этот принцип позволяет настраивать центральную системную управляющую программу ОС, исходя из конкретной конфигурации конкретного вычислительного комплекса и круга решаемых задач.


- Эта процедура проводится редко, перед протяженным периодом эксплуатации ОС.


- Процесс генерации осуществляется с помощью специальной программы-генератора и соответствующего входного языка для этой программы, позволяющего описывать программные возможности системы и конфигурацию машины.


- Принцип генерируемости существенно упрощает настройку ОС на требуемую конфигурацию вычислительной системы


Принцип функциональной избыточности


- Этот принцип учитывает возможность проведения одной и той же работы различными средствами


- Позволяет:


- быстро и наиболее адекватно адаптировать ОС к определенной конфигурации вычислительной системы


- обеспечить максимально эффективную загрузку технических средств при решении конкретного класса задач


- получить максимальную производительность при решении заданного класса задач


Принцип виртуализации


- Этот принцип позволяет представить структуру системы в виде определенного набора планировщиков процессов и распределителей ресурсов (мониторов) и использовать единую централизованную схему распределения ресурсов.


- Наиболее естественным и законченным проявлением концепции виртуальности является понятие виртуальной машины
.


- Любая ОС скрывает от пользователя и его приложений реальные аппаратные и иные ресурсы, заменяя их некоторой абстракцией.


Принцип виртуализации


- Виртуальная машина, предоставляемая пользователю, воспроизводит архитектуру реальной машины, но архитектурные элементы в таком

представлении выступают с новыми или улучшенными характеристиками:


- единообразная по логике работы память (виртуальная) практически неограниченного объема.


- произвольное количество процессоров (виртуальных), способных работать параллельно и взаимодействовать во время работы.


- произвольное количество внешних устройств (виртуальных), способных работать с памятью виртуальной машины параллельно или последовательно, асинхронно или синхронно по отношению к работе того или иного виртуального процессора, которые инициируют работу этих устройств.


Принцип независимости программ от внешних устройств


- Связь программ с конкретными устройствами производится не на уровне трансляции программы, а в период планирования её исполнения


- В результате перекомпиляция при работе программы с новым устройством, на котором располагаются данные, не требуется.


- Принцип позволяет одинаково осуществлять операции управления внешними устройствами независимо от их конкретных физических характеристик


Принцип совместимости


- Это способность ОС выполнять программы, написанные для других ОС или для более ранних версий данной операционной системы, а также для другой аппаратной платформы.


- Двоичная совместимость
достигаетс, когда можно запустить исполняемую программу на выполнение на другой ОС. Для этого необходимы:


- совместимость на уровне команд процессора,


- совместимость на уровне системных вызовов и даже на уровне библиотечных вызовов, если они являются динамически связываемыми.


- Совместимость на уровне исходных текстов
требует наличия соответствующего транслятора в составе системного программного обеспечения, а также совместимости на уровне библиотек и системных вызовов. При этом необходима перекомпиляция имеющихся исходных текстов в новый выполняемый модуль.


Принцип открытой и наращиваемой ОС


- Открытая ОС доступна для анализа как пользователям, так и системным специалистам, обслуживающим вычислительную систему.


- Наращиваемая (модифицируемая, развиваемая) ОС позволяет не только использовать возможности генерации, но и вводить в ее состав новые модули, совершенствовать существующие и т. д.


- Необходимо, чтобы можно было внести дополнения и изменения, и не нарушить целостность системы.


Принцип мобильности (переносимости)


- Операционная система относительно легко должна переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы одного типа на аппаратную платформу другого типа.


- Большая часть ОС должна быть написана на языке, который имеется на всех системах, на которые планируется в дальнейшем ее переносить. То есть ОС должна быть написана на языке высокого уровня, предпочтительно стандартизованном.


- Важно минимизировать или исключить части кода, которые непосредственно взаимодействуют с аппаратными средствами.


- Если аппаратно-зависимый код не может быть полностью исключен, то он должен быть изолирован в нескольких хорошо локализуемых модулях. Аппаратно-зависимый код не должен быть распределен по всей системе.


Принцип обеспечения безопасности вычислений


- Правила безопасности определяют свойства:


- защита ресурсов одного пользователя от других


- установление квот по ресурсам для предотвращения захвата одним пользователем всех системных ресурсов


- Более безопасные системы не только снижают эффективность, но и существенно ограничивают число доступных прикладных пакетов, которые соответствующим образом могут выполняться в подобной системе


Классификация ОС


по числу одновременно выполняемых задач


- однозадачные (MS DOS) и


- многозадачные


- Системы пакетной обработки (ОС ЕС)


- Системы с разделением времени (Unix, Linux, Windows)


- Системы реального времени (RT11, QNX)


Классификация ОС


по числу одновременно работающих пользователей на ЭВМ ОС разделяются на


- однопользовательские (MS DOS);


- многопользовательские (Unix, Linux, Windows 95 - XP)


Классификация ОС


по типу лицензии:


- проприетарная (семейство Windows)


- открытая (большинство Linux и UNIX систем).


Классификация ОС


по архитектуре:


- микроядерные (VxWorks, QNX);


- монолитные (Windows XP);


- гибридные (Windows NT, большинство Linux);


Классификация ОС


по использованию процессора:


- однопроцессорные;


- многопроцессорные системы (начиная с OS/2, Net Ware, Widows NT, большинство современных ОС).


Классификация ОС


по применению:


- рабочих станций (DOS, МАС OS, Windows 98, XP, Vista),


- серверов (AIX, Windows 2000, Windows Server 2003, Windows Vista Server 2008),


- ОС реального времени;


- встроенные ОС (VxWorks, QNX, Nucleus),


- для мобильных устройств (Windows CE, Pocket PC, Windows Mobile, Palm OS, Symbian OS),


- для сетевых маршрутизаторов (IOS от Cisco),


Классификация ОС


по возможности сетевого взаимодействия:


- локальные (DOS);


- сетевые (Netware 3.x – 6.x, UNIX, Linux, FreeBSD).


ОС как система управления ресурсами


основные ресурсы современных вычислительных систем:


- Процессоры


- Основная память


- Таймеры


- Наборы данных


- Диски


- Принтеры


- Сетевые устройства


- и др.


Ресурсы распределяются между процессами.


Процесс


- Процесс (задача) – базовое понятие большинства современных ОС.


- Процесс – программа в стадии выполнения.


- Программа – это статический объект, представляющий собой файл с кодами и данными.


- Процесс — это динамический объект, который возникает в ОС после того, как пользователь или ОС решает «запустить программу на выполнение», то есть создать новую единицу вычислительной работы.


Задачи ОС по управлению ресурсами


Управление ресурсами вычислительной системы с целью наиболее эффективного их использования является назначением ОС.


Управление ресурсами включает решение следующих общих, не зависящих от типа ресурса задач:


- планирование ресурса — то есть определение, какому процессу, когда и в каком количестве (если ресурс может выделяться частями) следует выделить данный ресурс;


- удовлетворение запросов на ресурсы;


- отслеживание состояния и учет использования ресурса — то есть поддержание оперативной информации о том, занят или свободен ресурс и какая доля ресурса уже распределена;


- разрешение конфликтов между процессами.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Архитектура операционных систем

Слов:1891
Символов:15163
Размер:29.62 Кб.